CN111965321A - 一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，包括多个在大区域海域/水域以网格化节点间隔设置的具有无线组网功能的多功能海洋/水域环境监测装置，多功能海洋/水域环境监测装置包括设置在自稳定载体上的综合性传感装置、自发电及储供电单元、数据采集控制器、以及用于将监测数据以级联方式实时传输至任一网格节点的监测装置周围已设有的岸基监测平台和/或天基监测平台和/或海基监测平台和/或空基监测平台的无线通信单元。本发明以网格化节点设置并由自动组网设备对综合性传感装置所采集的数据实时传输，构成大区域海洋环境的实时监测网系统，提供一种大区域海域/水域环境监测和安全护卫等多方面运用的多功能监测系统。

Description

一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统

技术领域

本发明涉及海洋水域环境监测技术领域，特别是涉及一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统。

背景技术

我国拥有长达18000km的海岸线和约300万平方公里的海域面积，宽广的海洋域区给我国带来了弥足珍贵的渔业资源和各类矿物及油气资源。但随着人类的经济发展，海洋运输及海洋油、气、 金属矿产资源的开采，加之人类生活垃圾污泥及工业废弃物的海洋倾倒，以及内陆的各大水系和漫长海岸线的水体的流入，部分传统渔场已无鱼可捕、红蓝藻类泛滥，致使我国海洋水域环境的环保问题面临着极其严峻的考验，这对海洋及水域环保监测科技工作者们也提出了极高的挑战。另一方面，我国辖属海洋大区域周边各国对海洋资源利益的争夺倾轧，亦将造成海洋环境难以预期的影响，目前尚缺少一种可对海洋环境实施有效的实时监测追踪、并能及时协助海洋安全防卫的基础设施。

当前，现有的先进的海洋环境监测需依赖间隙性的手段诸如卫星遥感、航空遥感、船舶监测及专业性的设施诸如海洋站、海岛站、岸基、雷达和浮标等诸多监测设施及手段进行综合性评估分析，以实现对大面积水域进行监测，但有限数的专业性的少量移动的监测设施很难对大面积的海洋环境进行多参数的实时监测，更加难以实时监测追踪大区域海洋各国不同利益倾轧掠夺造成的海洋环境影响。

另一方面，当前海洋立体监测系统是由以卫星遥感为天基海洋监测平台、以飞机或无人机的航空遥感组成的空基监测平台、以固定海洋环境监测站和雷达站组成的岸基海洋监测平台、以浮标、潜标、漂流浮标、水下潜航器、船舶等组成海基监测平台、以水下监测站、水下水声探测组成的海底监测平台等构建的相对独立的多平台长时的海洋环境立体监测系统。此相对独立的多平台立体监测系统对大区域海洋情况有一定的监测能力，但存在以下问题：第一，天基、空基和岸基平台多以光、电或声学传感器的图像或数据分析而得，数据的准确性常常出现有待考量的问题，甚至仍需要通过海基及水下监测装置的数据来分析及验证算法的可靠性；第二，目前在海域投放的有限数量的功能较单一、续持时间有限的海基及水下监测装置对大面积海域无法实施多参数多功能的持续的全面追踪监测，无力履行海洋环境实时监测且不能为海洋安全防卫提供有效的协助；第三，以卫星通信的监测平台的数据通信无法适应尤其是大量传感器或视频等多种需大量数据实时传输的综合性监测系统；显然，现有的海洋环境监测技术手段或设施其功能及设计特征均不适应于组建实时连续追踪监测大区域海洋环境的监测网，更不能承担实时连续追踪监测协助海域安全防卫的责任。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种实时监测的同时为海洋安全防卫提供有效数据支撑，也可为多行业提供实时可靠的大区域海洋环境监测信息的大区域海洋水域环境实时监测系统。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，包括多个在大区域海域/水域以网格化节点间隔设置的具有无线组网功能的多功能海洋/水域环境监测装置，所述多功能海洋/水域环境监测装置包括设置在自稳定载体上的综合性传感装置、数据采集控制器、无线通信单元和自发电及储供电单元；所述数据采集控制器将综合性传感装置所采集的对应位置海域/水域的监测数据，通过无线通信单元与相邻网格节点的多功能海洋/水域环境监测装置上的无线通信单元进行通信，实现无线信号级联及监测数据的远距离传输，可实时的将任意节点的监测数据传输至已设有多功能海洋/水域环境监测装置的海域/水域、岸基监测平台、天基监测平台、海基监测平台及空基监测平台，构成多网格化节点的海洋/水域实时监测网络或系统。对大区域大面积的海域/水域的污染预测及防治、水产养殖及捕捞、海洋气象灾害预报、航道交通及管理执法、海洋工程及资源开发及海洋安全护卫和海洋科学研究等多行多业的实时准确可靠数据的传递及综合性监测。

进一步，所述自稳定载体包括抗浪制荡浮体、固定在抗浪制荡浮体顶部的机架和连接在抗浪制荡浮体底部的锚定机构，综合性传感装置的传感器分层设置在机架和/或抗浪制荡浮体和/或锚定机构上。

进一步，所述综合性传感装置包括用于水文监测的温盐深传感器、波浪传感器、海流计和用于水质及污染监测的浊度传感器、荧光溶解氧仪、双波长紫外分析仪（如COD分析仪、BOD分析仪、TOC分析仪）、pH/OPR计、氨氮离子传感器、硝酸根离子传感器、重金属离子传感器、水中油传感器、总氮分析仪、总磷分析仪、叶绿素荧光仪、悬浮物传感器和用于气象监测的风向风速传感器、温湿度传感器、大气压力传感器、雨量传感器、能见度仪和用于水面生物监测的微波雷达、红外传感器、水上视频监控和用于水下生物监测的回声测深仪、回声鱼探仪、水下侧扫声呐、水下视频监控和用于监测海水核污染的水下辐射检测仪。

进一步，所述无线通信单元包括卫星通信模块及天线和/或超短波通信模块及天线和/或CDMA模块及天线和/或无线网桥模块及天线。

进一步，所述自发电及储供电单元包括自发电单元和蓄电池储供电单元，所述自发电单元包括波浪能发电装置和/或太阳能发电装置和/或海水温差发电装置和/或风能发电装置和/或压电发电装置。

进一步，所述岸基监测平台、天基监测平台和海基监测平台上设有环境监测预警平台及服务器、防卫预警平台及服务器和无线接收器。。所述环境监测预警平台包括水质参数、水文参数和气象参数以及核污染参数的显示及预警信息，并通过无线接收器将所采集数据存储在服务器内并可通过环境监测预警平台实时显示和预警，据多个海洋/水域环境监测装置的覆盖，实时监测环境污染情况。所述防卫预警平台包括水质参数、水文参数、气象参数、水面及水下移动物声呐预警及视频显示，并通过无线接收器将所采集数据存储在服务器内并可通过防卫预警平台实时显示和预警及追踪监测目标，据多个海洋/水域环境监测装置的覆盖，实时追踪监测水面或水下移动物动向。

进一步，所述多功能海洋/水域环境监测装置均具有固定的位置信息且有唯一编号，所采集的监测数据包括传感监测数据的同时还包括对监测装置编码的编号数据。

进一步，多功能海洋/水域环境监测装置设有还设有卫星定位装置，以卫星定位装置对自身的位置数据更新，同时所采集的传感监测数据还包括实时更新的位置数据，以实现所述多功能海洋/水域环境监测装置出现故障，诸如走锚或锚定机构断裂时，通过数据能及时向维护人员提供预警信息，方便对系统装置的维护。

进一步，所述多功能海洋/水域环境监测装置按阵列布置或交错布置。

进一步，相邻的多功能海洋/水域环境监测装置之间的距离为5公里至50公里。优选的距离为20公里。

本发明采用多个载有水文、水质、气象以及水面、水下等多种传感器的多功能海洋/水域环境监测装置，以网格化节点设置并由自动组网设备对综合性传感装置所采集的数据实时传输，构成大区域海洋环境的实时监测网系统；为大区域的海域/水域的任一节点位置附近的监测平台，提供其他所有节点位置的实时可靠的监测数据，真正意义上对大区域海洋环境的实时监测，承担实时连续追踪监测协助海域安全防卫的责任，同时可为海洋环境污染预测及防治、水产养殖及捕捞、海洋气象灾害预报、航道交通及管理执法、海洋工程及资源开发和海洋科学研究等多行业提供可靠实时的监测信息。

本系统还可与已有的天基监测平台、空基监测平台、岸基监测平台、海基监测平台形成的立体监测系统互补或形成独立的两套安全护卫海洋监测系统。

附图说明

图1为本发明实施例1的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统的布施及通信连接示意图；

图2为本发明实施例1的一种多功能海洋/水域环境监测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2的一种用于实时监测大区域海洋环境的多功能监测网系统；

图4为本发明实施例3的一种用于实时追踪大区域海洋环境的多功能监测网系统；

图中：1-多功能海洋/水域环境监测装置，1’-相邻的多功能海洋/水域环境监测装置，A(n)-编号为A的第n个多功能海洋/水域环境监测装置，D(n)/H(n)/J(n)/k(n)/N(n)均表示为不同编号第n个多功能海洋水域环境监测装置；2-综合性传感装置，3-自稳定载体，301-抗浪制荡浮体，302-机架，303-锚定机构，4-数据采集控制器，5-无线通信单元，501-卫星通信模块及天线，502-超短波通信模块及天线，503-无线网桥模块及天线，5’-相邻监测装置的无线通信单元，6-自发电及储供电单元，61-自发电单元，62-蓄电池储供电单元，611-波浪能发电单元，7-卫星定位装置，8-环境监测预警平台服务器，81-无线接收器，9-防卫预警平台服务器，91-无线接收器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-4所示，本实施例包括在大面积海域/水域以网格化节点间隔设置的240个固定的、具有无线组网功能的多功能海洋/水域环境监测装置1，多功能海洋/水域环境监测装置1包括用于水文监测的温盐深传感器、波浪传感器、海流计和用于水质及污染监测的浊度传感器、荧光溶解氧仪、双波长紫外分析仪（如COD分析仪、BOD分析仪、TOC分析仪）、pH/OPR计、氨氮离子传感器、硝酸根离子传感器、重金属离子传感器、水中油传感器、总氮分析仪、总磷分析仪、叶绿素荧光仪、悬浮物传感器和用于气象监测的风向风速传感器、温湿度传感器、大气压力传感器、雨量传感器、能见度仪和用于水面生物监测的微波雷达、红外传感器、水上视频监控和用于水下生物监测的回声测深仪、回声鱼探仪、水下侧扫声呐、水下视频监控和用于监测海水核污染的水下辐射检测仪等的多种传感器构成的综合性传感装置2、数据采集控制器4、自稳定载体3、无线通信单元5和自发电及储供电单元6；所述综合性传感装置2中的传感器分层设置在自稳定载体3上，所述数据采集控制器4、无线通信单元5和自发电及储供电单元6设置在自稳定载体3内，并由数据采集控制器4将综合性传感装置2所采集的对应位置海域/水域的监测数据，通过无线通信单元5与相邻网格节点的多功能海洋/水域环境监测装置1’上的无线通信单元5’进行通信，实现无线信号级联及监测数据的远距离传输，可实时的将任意节点的监测数据传输至已设有多功能海洋/水域环境监测装置1的海域/水域、岸基监测平台、天基监测平台、海基监测平台及空基监测平台，构成多网格化节点的海洋/水域实时监测网络或系统，对大区域大面积的海域/水域的污染预测及防治、水产养殖及捕捞、海洋气象灾害预报、航道交通及管理执法、海洋工程及资源开发及海洋安全护卫和海洋科学研究等多行多业的实时准确可靠数据的传递及综合性监测。

自稳定载体3包括抗浪制荡浮体301、机架302和锚定机构303，所述抗浪制荡浮体301的顶部与机架302连接，其底部与锚定机构303连接；综合性传感装置2中的多个传感器分层设置在机架302、抗浪制荡浮体301和锚定机构303上。

所述无线通信单元5包括卫星通信模块及天线501、超短波通信模块及天线502和无线网桥模块及天线503。

所述的自发电及储供电单元6包括自发电单元61和蓄电池储供电单元62，所述自发电单元采用波浪能发电装置611。

所述多功能海洋/水域环境监测装置1均有唯一编号，如：A(n)/D(n)/H(n)/J(n)/k(n)/N(n)，所采集的监测数据包括传感监测数据的同时，还包括对本多功能海洋/水域环境监测装置的编号数据；不同编号的多功能海洋/水域环境监测装置具有不同的位置信息。

所述多功能海洋/水域环境监测装置1还设有卫星定位装置7，以卫星定位装置7对自身的位置数据更新，同时所采集的传感监测数据还包括实时更新的位置数据，以实现所述多功能海洋/水域环境监测装置出现故障诸如走锚或锚定机构断裂时，通过数据能及时向维护人员提供信息。

本实施例中的多功能海洋/水域环境监测装置1按等距阵列布置，多功能海洋/水域环境监测装置1均逐步分区域设置，相邻的网格化节点多功能海洋/水域环境监测装置1之间的距离为20公里。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例包括6套在某区域海域以围绕某石油钻井平台周围设置的具有无线组网功能的多功能海洋/水域环境监测装置1和在钻井平台上设置的环境监测预警平台及服务器和无线接收器。6套多功能海洋/水域环境监测装置1以钻井平台为中心均布并距中心25公里，可通过海洋/水域环境监测装置1上的综合性传感装置2对周围水质参数、气象参数、水文参数进行监测，并通过无线接收器将所采集数据存储在服务器内并可通过环境监测预警平台实时显示和预警，用于实时监测钻井平台周围的水质，尤其是对有溢油危险的设施形成重点实时监测。

其余同实施例1。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例包括204个在某区域海域交错设置的个多功能海洋/水域环境监测装置1和位于不同区域的四艘舰船上的防卫预警平台及服务器9和无线接收器91，所述防卫预警平台9包括水质参数、水文参数、气象参数、水面及水下移动物声呐预警及视频显示，并通过无线接收器91将所采集数据存储在服务器内并可通过防卫预警平台9实时显示和预警及追踪监测目标，据多个海洋/水域环境监测装置1的覆盖，实时追踪监测水面或水下移动物动向，多功能海洋/水域环境监测装置1的布施以正三角形布置，相邻20公里。其余同实施例1。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：包括多个在大区域海域/水域以网格化节点间隔设置的具有无线组网功能的多功能海洋/水域环境监测装置，所述多功能海洋/水域环境监测装置包括设置在自稳定载体上的综合性传感装置、自发电及储供电单元、用于收集综合性传感装置所采集的对应位置海域/水域监测数据的数据采集控制器、以及用于将监测数据以级联方式实时传输至任一网格节点的多功能海洋/水域环境监测装置周围已设有的岸基监测平台和/或天基监测平台和/或海基监测平台和/或空基监测平台的无线通信单元。

2.根据权利要求1所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述自稳定载体包括抗浪制荡浮体、固定在抗浪制荡浮体顶部的机架和连接在抗浪制荡浮体底部的锚定机构，综合性传感装置的多个传感器分层设置在机架和/或抗浪制荡浮体和/或锚定机构上。

3.根据权利要求1或2所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述无线通信单元包括卫星通信模块及天线和/或超短波通信模块及天线和/或CDMA模块及天线和/或无线网桥模块及天线。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述自发电及储供电单元包括自发电单元和蓄电池储供电单元，所述自发电单元包括波浪能发电装置和/或太阳能发电装置和/或海水温差发电装置和/或风能发电装置和/或压电发电装置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述岸基监测平台、天基监测平台和海基监测平台上设有环境监测预警平台及服务器或防卫预警平台及服务器和无线接收器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述多功能海洋/水域环境监测装置均具有固定的位置信息且有唯一编号，所采集的监测数据包括传感监测数据的同时还包括对监测装置编码的编号数据。

7.根据权利要求1-6任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述多功能海洋/水域环境监测装置设有用于更新自身位置数据的卫星定位装置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：所述多功能海洋/水域环境监测装置按阵列布置或交错布置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：相邻的多功能海洋/水域环境监测装置之间的距离为5公里至50公里。

10.根据权利要求9所述的用于实时追踪监测大区域海洋环境的多功能监测系统，其特征在于：相邻的多功能海洋/水域环境监测装置之间的距离为20公里。

Images